Распределительные устройства: виды, особенности конструкции. Защита открытого распределительного устройства (ОРУ) подстанции

Открытое распределительное устройство

Распределительное устройство (РУ) - электроустановка, служащая для приёма и распределения

РУ с секционированием сборных шин и обходным устройством

Схема РУ с двумя секциями сборных шин и обходным устройством

Простое секционирование не решает проблемы планового ремонта отдельных выключателей секции. В случае если необходимо провести ремонт или замену выключателя любого отходящего присоединения, приходится отключать всю секцию, что в некоторых случаях недопустимо. Для решения проблемы используется обходное устройство. Обходное устройство представляет собой один или два обходных выключателя на две секции, обходные разъединители и обходную систему шин. Обходную систему шин подключают через обходные разъединители к разъединителям выключателей присоединений с противоположной от основной системы шин стороны. В случае, когда необходимо провести плановый ремонт или замену какого-либо выключателя, включают обходной выключатель, включают соответствующий нужному выключателю обходной разъединитель , затем этот выключатель вместе с его разъединителями отключают. Теперь питание отходящего присоединения осуществляется через обходной выключатель. Подобные системы получили распространение в РУ на напряжении 110-220 кВ.

По числу систем сборных шин

С одной системой сборных шин

К этим РУ относятся описанные выше.

С двумя системами сборных шин

Подобное РУ похоже по устройству на РУ с секционированием сборных шин и обходным устройством, но, в отличие от него, обходная система шин используется как рабочая, нагрузки на систему распределяют между обеими системами шин. Это делается для повышения надёжности электроснабжения. Отсутствие питания на одной из систем шин допускается только временно, пока ведутся ремонтные работы на другой системе шин.

К достоинствам этой системы относятся:

Возможность планового ремонта любой системы шин, без вывода из эксплуатации всего РУ.
Возможность разделения системы на две части, для повышения надёжности электроснабжения.
Возможность ограничения тока короткого замыкания

К основным недостаткам следует отнести:

Сложность схемы
Увеличение вероятности повреждений на сборных шинах из-за частых переключений разъединителей.

Наибольшее распространение система получила в РУ на напряжение 110-220 кВ

По структуре схемы

Радиального типа

Этому типу присущи следующие признаки:

Источники энергии и присоединения сходятся на сборных шинах, поэтому авария на шинах приводит к выводу всей секции (или всей системы)
Вывод из эксплуатации одного выключателя из присоединения приводит к отключению соответствующего присоединения.
Разъединители кроме своей основной функции (изоляция отключенных элементов от РУ), участвуют в изменениях схемы (например, ввод обходных выключателей), что снижает надёжность системы.

Кольцевого типа

Кольцевой тип схемы отличается следующими признаками:

Схема выполнена в виде кольца с ответвлениями присоединений и подводов питания
Отключение каждого присоединения осуществляется двумя или тремя выключателями.
Отключение одного выключателя никак не отражается на питании присоединений
При повреждениях (КЗ или отключениях) на РУ, выходит из строя лишь незначительная часть системы.
Разъединители выполняют только основную функцию - изолируют выведенный из эксплуатации элемент.
Кольцевые схемы удобнее радиальных в плане развития системы и добавления новых элементов в систему.

Открытое распределительное устройство (ОРУ)

Масляный выключатель на ОРУ

Конструктивные особенности

Все элементы ОРУ размещаются на бетонных или металлических основаниях. Расстояния между элементами выбираются согласно ПУЭ. На напряжении 110 кВ и выше под устройствами, которые используют для работы масло (масляные трансформаторы , выключатели, реакторы) создаются маслоприемники - заполненные гравием углубления. Эта мера направлена на снижение вероятности возникновения пожара и уменьшение повреждений при аварии на таких устройствах.

Сборные шины ОРУ могут выполняться как в виде жёстких труб, так и в виде гибких проводов. Жёсткие трубы крепятся на стойках с помощью опорных изоляторов, а гибкие подвешиваются на порталы с помощью подвесных изоляторов .

Территория, на которой располагается ОРУ, в обязательном порядке огораживается.

Преимущества

ОРУ позволяют использовать сколь угодно большие электрические устройства, чем, собственно, и обусловлено их применение на высоких классах напряжений.
Изготовление ОРУ не требует дополнительных затрат на строительство помещений.
ОРУ удобнее ЗРУ в плане расширения и модернизации
Возможно визуальное наблюдение всех аппаратов ОРУ

Недостатки

Эксплуатация ОРУ затруднена в неблагоприятных погодных условиях, кроме того, окружающая среда сильнее воздействует на элементы ОРУ, что приводит к их раннему износу.
ОРУ занимают намного больше места, чем ЗРУ.

Комплектное распределительное устройство (КРУ)

Камеры КСО

КРУ - такое РУ, оборудование которого располагается в полностью или частично закрытых металлических шкафах. Каждый шкаф называется ячейкой КРУ.

Компания «СЗЗМК» выпускает узкоспециализированные приборы – порталы ОРУ (открытые распределительные устройства подстанций) с рабочим напряжением 35 кВт (и выше). Они предназначаются для использования в I – V районах гололедности, в слабоагрессивных и агрессивных средах. Устройство представляет собой свободностоящую П-образную конструкцию.

Материалы для ОРУ

Материалом для изготовления этих приспособлений служат низколегированные углеродистые стали. Исключением являются материалы с повышенной коррозийной стойкостью. Только сталь определенного класса может использоваться в агрессивных средах (в районах, где расчетная средняя температура окружающего воздуха составляет минус 65°С). Если регионах с нормальными условиями используют сталь 3, то, например, на Крайнем Севере, – 092Г2С.

Сталь повышенной коррозионной стойкости также иногда используют для изготовления опор высоковольтных линий и порталов ОРУ. Однако они используются только в определенных условиях неагрессивных и слабоагрессивных сред. Согласно техническим условиям № 14-1-4877-90 для стальных изделий при температуре наружного воздуха не ниже минус 50. По техническим условиям для стали (ТУ 14-1-1217-75), с оговоркой, касающейся толщины листа металла (от 5 до 16 мм), возможна рабочая температура до минус 65°С. Те же условия описаны и ТУ 14-1-4685-89.

Основные требования к порталам ОРУ оговариваются ГОСТом (23118-78) и Строительными нормами и правилами (раздел № 3, пункты 18 – 75). По типу соединений составляющих частей и порталы ОРУ, и сами опоры высоковольтных линий делятся на сварные, болтовые и комбинированные.

По применению и технологическому назначению порталы бывают:

Наша компания производит сборные детали порталов ОРУ и выпускает их в виде отправочных марок. Каждый элемент или готовое изделие соответствуют требованиям ТУ и чертежам КМД. Для установки деталей конструкции ОРУ (моделей с потребляемой мощностью от 35 до 150 кВт) применяется сварка «внахлест». Нижние ярусы стоек тяжелого типа и элементы порталов ОРУ (220, 330, 500 кВт) крепятся методом болтового соединения.

Все материалы, применяемые на производстве порталов, официально сертифицированы (имеются соответствующие сертификаты). Сверяя условия района эксплуатации с нормами, указанными в СНиП II -23-81, мы делаем выбор марки стали. В условиях производства разрешается замена марки стали и проката, но только на аналогичную или более прочную. Для повышения прочности сварки, ее проводят в специальной среде, коей является углекислый газ.

Крепежные изделия для сборки ОРУ, а именно болты соответствующего класса прочности: 5.8, 5.6, 4.8, 4.6, изготавливаются из углеродистых сталей. Класс точности болтов A,B,C, крупный шаг резьбы.

Использование таких деталей предусмотрено следующими стандартами:

ГОСТы: 7798-70, 7796-70, 7805-70, 15589-70,15591-70;
ТУ 34 12.10413-90 и ТУ 14-4-1386-86.

Все материалы, детали и изделия, узлы ОРУ и т.д. имеют специальную маркировку, представляющую собой буквенные аббревиатуры и цифровые обозначения. Эти марки должны соответствовать нормативным документам – чертежам КМД (конструкции металлические, деталировка).

Маркировка порталов подстанций несет следующую информацию:

Периодически на предприятии проводятся контрольные сборки, цель которых – проверка деталей на соответствие требованиям ТУ и рабочих чертежей. На нашем предприятии этот процесс может проводиться по частям или же полностью. Частичная сборка (посекционная) предполагает проверку каждой секции путем последовательного соединения – отсоединения. По той же схеме проходит и сборка узлов примыкания каждой конкретной секции. Более полную и основательную проверку предполагает контрольная сборка, предполагающая сопряжение порталов и узлов примыкания на секциях. Также при проведении контрольной, самой главной сборки происходит проверка монтажной маркировки, соосности отверстий и замер расстояний между осями.

Из деталей порталов формируются пакеты. Укладка происходит согласно РД 34 12.057-90, который регулирует также выбор средств упаковки и составление ведомости по комплектации. Масса пакета может быть нестандартной, по желанию заказчика.

Типовые альбомы для изготовления порталов:

Порталы ОРУ мощностью от 35 до 150 кВт имеют вид П-образных конструкций (плоские, свободностоящие). Они имеют шарнирное соединение стоек и устанавливаются способом защемления в фундаменте.

Представлены в двух видах:

Легкого типа (обозначение в маркировке – Л) имеют узкобазные стойки, устанавливающиеся на один фундамент.
Тяжелого типа (маркировка Т) имеют широкобазные стойки, устанавливающиеся на четыре фундамента.

Стойки и траверсы, входящие в комплект, также сделаны из стали решетчатого типа (размеры сечения – полмиллиметра) и присоединены к основе сваркой «внахлест». Широкобазные стойки отличаются размером основания (1,9 метра) и верхней части (50 см). Таким образом, порталы ОРУ с разными показателями напряжения (220, 330, 500 кВт) представляют собой П-образные рамы со стойками, составляющие части которых соединены траверсами и шарнирами. Порталы жестко защемляются в фундаментах. Для упрощения перевозки к месту установки все детали изготавливают разборными.

Нижние секции представляют собой детали квадратного сечения. В верхней части параметры базы – 1м/1м; в нижней – от 2,1 до 2,5, что дает возможность использовать унифицированные подножки. Если сами стойки могут быть сделаны только с сечением 0.5 м, то для траверсов этот показатель может достигать и 1м. Закрепление порталов на грунте происходит при использовании свай или подножек. Траверсы также имеют болтовые соединения (кроме модели ПС-220Ш1). При производстве также используется метод сварки «внахлест».

ОРУ по сериям

Наше предприятие предлагает широкий выбор порталов ОРУ напряжением 35 кВ, 110 кВ, 150 кВ, 220 кВ, 330 кВ:

№	Наименование	Напряжение	Тип	Обозначение в альбоме
1	ПС-35ШС	35	Шинный	3.407.2-162.2 - 01
2	ПС-35Я1С	35	Ячейковый	3.407.2-162.2 - 02
3	ПС-35Я2С	35	Ячейковый	3.407.2-162.2 - 03
4	ПС-35Я3С	35	Ячейковый	3.407.2-162.2 - 04
5	ПС-35Я4С	35	Ячейковый	3.407.2-162.2 - 05
6	ПС-35Я5С	35	Ячейковый	3.407.2-162.2 - 06
7	ПС-35Я6С	35	Ячейковый	3.407.2-162.2 - 07
8	ПСЛ-110Я1С	110	Ячейковый	3.407.2-162.2 - 08
9	ПСЛ-110Я2С	110	Ячейковый	3.407.2-162.2 - 09
10	ПСЛ-110Я3С	110	Ячейковый	3.407.2-162.2 - 10
11	ПСЛ-110Я4С	110	Ячейковый	3.407.2-162.2 - 11
12	ПСЛ-110Я5С	110	Ячейковый	3.407.2-162.2 - 12
13	ПСЛ-110Я6С	110	Ячейковый	3.407.2-162.2 - 13
14	ПСЛ-110Я7С	110	Ячейковый	3.407.2-162.2 - 14
15	ПСЛ-110Я8С	110	Ячейковый	3.407.2-162.2 - 15
16	ПСЛ-110Я9С	110	Ячейковый	3.407.2-162.2 - 16
17	ПСЛ-110Я10С	110	Ячейковый	3.407.2-162.2 - 17
18	ПСЛ-110Я11С	110	Ячейковый	3.407.2-162.2 - 18
19	ПСЛ-110Я12С	110	Ячейковый	3.407.2-162.2 - 19
20	ПСТ-110Я1С	110	Ячейковый	3.407.2-162.2 - 20
21	ПСТ-110Я2С	110	Ячейковый	3.407.2-162.2 - 21
22	ПСТ-110Я3С	110	Ячейковый	3.407.2-162.2 - 22
23	ПСТ-110Я4С	110	Ячейковый	3.407.2-162.2 - 23
24	ПСТ-110Я5С	110	Ячейковый	3.407.2-162.2 - 24
25	ПСТ-110Я6С	110	Ячейковый	3.407.2-162.2 - 25
26	ПСТ-110Я7С	110	Ячейковый	3.407.2-162.2 - 26
27	ПСТ-110Я8С	110	Ячейковый	3.407.2-162.2 - 27
28	ПСТ-110Я9С	110	Ячейковый	3.407.2-162.2 - 28
29	ПСТ-110Я10С	110	Ячейковый	3.407.2-162.2 - 29
30	ПСТ-110Я11С	110	Ячейковый	3.407.2-162.2 - 30
31	ПСТ-110Я12С	110	Ячейковый	3.407.2-162.2 - 31
32	ПС-150ШС	150	Шинный	3.407.2-162.2 - 32
33	ПС-150Я1С	150	Ячейковый	3.407.2-162.2 - 33
34	ПС-150Я2С	150	Ячейковый	3.407.2-162.2 - 34
35	ПС-150Я3С	150	Ячейковый	3.407.2-162.2 - 35
36	ПС-150Я4С	150	Ячейковый	3.407.2-162.2 - 36
37	ПС-150Я5С	150	Ячейковый	3.407.2-162.2 - 37
38	ПС-150Я6С	150	Ячейковый	3.407.2-162.2 - 38
39	ПС-150Я7С	150	Ячейковый	3.407.2-162.2 - 39
40	ПС-220Ш1	220	Шинный	3.407.9-149.2 - 001
41	ПС-220Ш2	220	Шинный	3.407.9-149.2 - 002
42	ПС-220Я1	220	Ячейковый	3.407.9-149.2 - 003
43	ПС-220Я2	220	Ячейковый	3.407.9-149.2 - 003
44	ПС-220Я3	220	Ячейковый	3.407.9-149.2 - 003
45	ПС-220Я4	220	Ячейковый	3.407.9-149.2 - 004
46	ПС-330Ш1	330	Шинный	3.407.9-149.2 - 005
47	ПС-330П1	330	Перемычечный	3.407.9-149.2 - 006
48	ПС-330П2	330	Перемычечный	3.407.9-149.2 - 006
49	ПС-330П3	330	Перемычечный	3.407.9-149.2 - 007
50	ПС-330П4	330	Перемычечный	3.407.9-149.2 - 007
51	ПС-330Я1	330	Ячейковый	3.407.9-149.2 - 008
52	ПС-330Я2	330	Ячейковый	3.407.9-149.2 - 008
53	ПС-330Я3	330	Ячейковый	3.407.9-149.2 - 009
54	ПС-330Я4	330	Ячейковый	3.407.9-149.2 - 009
55	ПС-330Т1	330	Трансформаторный	3.407.9-149.2 - 010
56	ПС-330Т2	330	Трансформаторный	3.407.9-149.2 - 011

Распределительное устройство (РУ) - это электроустановка, предназначенная для приема и распределения электрической энергии, содержащая электрические аппараты, шины и вспомогательные устройства. Электрические станции, понижающие и повышающие подстанции, обычно имеют, несколько распределительных устройств разных напряжений (РУ ВН, РУ СН, РУ НН).

По существу РУ – это конструктивное выполнение принятой электрической схемы подстанции , т.е. расстановка электрических аппаратов внутри помещений или на открытом воздухе с соединениями между ними голыми (редко изолированными) шинами или проводами строго в соответствии с электрической схемой.

Для энергетической системы РУ является узлом сети, оборудованным электрическими аппаратами и защитными устройствами, служащими для управления распределением потоков энергии, отключения поврежденных участков, обеспечения надежного электроснабжения потребителей.

Каждое РУ состоит из подходящих и отходящих присоединений, которые связаны между собой сборными шинами, перемычками, кольцевыми и многоугольными соединениями, с размещением различного числа выключателей, разъединителей, реакторов, измерительных трансформаторов и прочих электрических аппаратов, обусловленных принятой схемой. Все аналогичные присоединения выполняются одинаково, так что РУ собирается из стандартных, как бы типовых, ячеек.

РУ должны отвечать определенным требованиям, наиболее важными из них являются: надежность работы, удобство и безопасность обслуживания при минимальных затратах на сооружение, пожарная безопасность и экономичность эксплуатации, возможность расширения, максимальное применение крупноблочных узлов заводского изготовления.

Надежность работы РУ обеспечивается правильным выбором и правильной установкой электрооборудования (электрических аппаратов, токоведущих частей и изоляторов), а также хорошей локализацией аварий с электрооборудованием в случае их возникновения. Кроме того, надежность работы РУ в большей степени зависит от качества выполнения строительных и электромонтажных работ.

РУ выполняются для всех применяемых напряжений. По аналогии с аппаратами они делятся на РУ до 1000 кВ, РУ высокого напряжения от 3 до 220 кВ, РУ сверхвысокого напряжения: 330, 500, 750 кВ и перспективные РУ ультравысоких напряжений 1150 кВ и выше.

По конструктивному выполнению подразделяют распределительные устройства на закрытые (внутренние), в которых все электрооборудование размещено внутри здания, и открытые (наружные), в которых все электрооборудование расположено на открытом воздухе.

Рис. 2.1. ГРУ 6 – 10 кВ с одной системой шин и групповыми реакторами (разрез по цепям генератора и группового реактора) 1- трансформатор тока, 2 – проходной изолятор, 3 – камера генераторного выключателя, 4 – привод выключателя, 5 – блок сборных шин, 6 – блок шинных разъединителей, 7 – привод шинных разъединителей, 8 – камера сдвоенного реактора, 9 – шинопровод, 10 – ячейки КРУ

Закрытое распределительное устройство (ЗРУ) - это распределительное устройство, расположенное внутри здания. Обычно их сооружают при напряжении 3 – 20 кВ. В установках больших напряжений, 35 - 220 кВ, закрытые распределительные устройства сооружают только при ограниченной площади под РУ, при расположении их в непосредственной близости от промышленных предприятий, загрязняющих воздух токопроводящей пылью или газами, разрушающими изоляцию и металлические части электрооборудования, а также вблизи морских побережий и в местностях с очень низкими температурами воздуха (районы Крайнего Севера).

Обслуживание ЗРУ должно быть удобным и безопасным. Для безопасности соблюдаются минимально допустимые расстояния от токоведущих частей до различных элементов ЗРУ

Неизолированные токоведущие части во избежание случайных прикосновении к ним должны быть помещены в камеры или ограждены. Ограждение может быть сплошным или сетчатым. Во многих ЗРУ применяется смешанное ограждение – на сплошной части ограждения крепятся привода выключателей и разъединителей, а сетчатая часть ограждения позволяет наблюдать за оборудованием. Высота такого ограждения должна быть не менее 1,9 м, при этом сетки должны иметь отверстия размером не более 25×25 мм, а ограждения запираться на замок.

Из помещений ЗРУ предусматриваются выходы наружу или в помещения с несгораемыми стенами и перекрытиями: один выход при длине РУ до 7 м; два выхода по концам при длине 7÷60 м; при длине более 60 м – два выхода по концам и дополнительные выходы с таким расчетом, чтобы расстояние от любой точки коридора до выхода не превышало 30 м. Двери РУ должны открываться наружу, иметь самозапирающиеся замки и открываться без ключа со стороны РУ.

ЗРУ должно обеспечивать пожарную безопасность. При установке в ЗРУ масляных трансформаторов предусматриваются меры для сбора и отвода масла в маслосборную систему. В ЗРУ предусматривается естественная вентиляция помещений трансформаторов и реакторов, а также аварийна вытяжка коридоров обслуживания открытых камер с маслонаполненным оборудованием.

Сборное распределительное устройство (СБРУ) монтируется из укрупненных узлов (шкафов, панелей и т.п.), изготовленных и укомплектованных на заводах или в мастерских. В СБРУ здание сооружается в виде коробки, без каких-либо перегородок, зального типа. Основу камер составляет стальной каркас, а перегородки между камерами выполняют из асбоцементных или гипсолитовых плит.

Рис. 2.2. ЗРУ 110 кВ зального типа (разрез по ячейке воздушного выключателя) 1- выключатель ВНВ-110 кВ, 2 – первая система шин, 3 – шинные разъединители, 4 –вторая система шин, 5 – обходная система шин, 6 – обходной разъединитель, 7 – конденсатор связи, 8 – линейный разъединитель.

Комплектное распределительное устройство (КРУ) - это распределительное устройство полностью изготовленное на заводах, состоящее из закрытых шкафов со встроенными в них аппаратами, измерительными и защитными приборами и вспомогательными устройствами; на месте все элементу КРУ лишь монтируются. Эти распределительные устройства в наибольшей степени отвечают требованиям индустриализации энергетического строительства, поэтому в настоящее время они становятся наиболее распространенной формой исполнения распределительных устройств. Применение КРУ позволяет ускорить монтаж распределительного устройства. КРУ безопасно в обслуживании, так как все части, находящиеся под напряжением, закрыты металлическим кожухом. В качестве изоляции между токоведущими частями в КРУ могут быть использованы воздух, масло, пирален, твердая изоляция, инертные газы. КРУ с масляной и газовой изоляцией могут изготовляться на высокие напряжения 220 – 500 кВ. Наша промышленность выпускает КРУ 3 – 35 кВ с воздушной изоляцией и 110 – 220 кВ с изоляцией из элегаза (в мировой практике до 800 кВ). Комплектные распределительные устройства наружной установки (КРУН) предназначены для открытой установки вне

помещения. КРУН состоят из металлических шкафов со встроенными в них аппаратами, приборами, устройствами защиты и управления. КРУН рассчитаны для работы при температурах окружающего воздуха от -40 до +35 °С и влажностью воздуха не более 80%. КРУН могут иметь стационарную установку выключателя в шкафу или выкатную тележку с выключателем подобно КРУ внутренней установки.

Шкафы КРЗ-10 (рис. 2.3) для наружной установки 6 – 10 кВ предназначены для сетей сельского хозяйства, промышленности и электрификации железнодорожного транспорта. Шкафы КРЗ-10 рассчитаны на температуру окружающей среды от +50 до -45°С.

Вместе с тем в настоящее время широко сооружают также распределительные устройства смешанного типа, выполняемые частично как сборные и частично как комплектные.

Рис. 2. 4. Типовая компоновка ОРУ 110 – 220 кВ для схемы с двумя рабочими и обходной системами шин

1 – обходная СШ, 2 – разъединитель ОСШ, 3 – конденсатор связи, 4 – заградитель, 5 – линейный разъединитель, 6 – трансформатор тока, 7 – воздушный выключатель, 8 – вторая СШ, 9 – шинные разъединители килевого исполнения, 10 – шинные разъединители, 11 – первая СШ.

Открытое распределительное устройство (ОРУ) – это распределительное устройство, расположенное на открытом воздухе. Как правило, РУ в электроустановках напряжением 35 и выше сооружают открытыми. Широко распространены также простейшие открытые подстанции небольшой мощности с первичным напряжением 10(6)-35 кВ для электрификации сельскохозяйственных и загородных районов, промышленных поселков и небольших городов.

Все аппараты в ОРУ выполняются на невысоких основаниях (металлических или железобетонных). По территории ОРУ выполняются проезды для возможности механизации монтажа и ремонта оборудования. Шины могут быть гибкими из многопроволочных проводов или из жестких труб. Гибкие шины крепятся с помощью подвесных изоляторов на порталах, а жесткие – с помощью опорных изоляторов на железобетонных или металлических стойках.

Применение жесткой ошиновки позволяет отказаться от порталов и уменьшить площадь ОРУ.

Под силовым трансформаторами, масляными реакторами и баковыми выключателями 110 кВ и выше предусматривается маслоприемник, укладывается слой гравия толщиной не менее 25 см, и масло стекает в аварийных случаях в подземные маслосборники. Кабели оперативных цепей, цепей управления, релейной защиты, автоматики и воздухопроводы прокладываются в лотках из железобетонных конструкций без заглубления их в почву или в металлических лотках, подвешанных к конструкциям ОРУ.

ОРУ должно быть ограждено.

Преимущества ОРУ по сравнению с ЗРУ

1) меньший объем строительных работ; так кА необходимы лишь подготовка площадки, устройство дорог, сооружение фундаментов и установка опор;

2) существенная экономия строительных материалов (стали, бетона);

3) меньшие капитальные затраты;

4) меньшие сроки сооружения;

5) хорошая обозреваемость;

6) удобство расширения и легкость замены оборудования другим с меньшими или с большими габаритами, а также возможность быстро демонтажа старого и монтажа нового оборудования.

7) меньшая опасность распространения повреждений вследствие больших расстояний между аппаратами смежных цепей;

Недостатки ОРУ по сравнению с ЗРУ

1) менее удобное обслуживание, так как переключение разъединителей и наблюдение за аппаратами производятся на воздухе при любой погоде (низкие температуры, ненастье);

2) большая площадь сооружения;

3) подверженность аппаратов резкому изменению температуры окружающего воздуха, незащищенность их от загрязнения, запыления и т.д., что усложняет их эксплуатацию и принуждает применять аппараты специальной конструкции (для наружной установки), более дорогие.

Стоимость ЗРУ обычно на 10 – 25% выше стоимости соответствующих ОРУ.

В настоящее время в большинстве случаев применяют ОРУ так называемого низкого типа, при котором все аппараты располагаются в одной горизонтальной плоскости и устанавливаются на специальных основаниях сравнительно небольшой высоты; сборные шины укрепляются на опорах также сравнительно небольшой высоты.

Сложная иерархия современных электрических сетей включает в себя огромное количество различного электротехнического оборудования, среди которого трансформаторные подстанции выполняют роль звена, связующего и перераспределяющего электроэнергию. Они располагаются около или внутри населенных пунктов и обеспечивают комфортные условия для проживания людей.

В сельской местности еще можно встретить конструкции старых столбовых подстанций, работающих на открытом воздухе, которые принимают по высокой стороне воздушной линии 10 или 6 кВ и отдают 0,4 подключенным потребителям.

Внутри населенных пунктах с многоэтажными зданиями в целях безопасности чаще применяются кабельные линии, скрытые в земле, а трансформаторное оборудование располагается внутри специальных построек, закрытых на замки от несанкционированного проникновения.

Здание подобной трансформаторной подстанции, преобразующей напряжение 10 кВ в 0,4 показано на фотографии.

Внешнее отличие габаритов показанных подстанций, преобразующих напряжения одинаковых величин, свидетельствует о том, что они оперируют разными мощностями.

Подобные трансформаторные подстанции (ТП) получают электроэнергию по высоковольтным линиям электропередач 10 кВ (или 6) от удаленных распределительных устройств.

Фотография силового трансформатора, расположенного на ОРУ-110 и осуществляющего преобразование электроэнергии 110 кВ в 10, передаваемое по ЛЭП на ПС-10, показана на очередной фотографии.

Этот трансформатор имеет уже большие габариты и оперирует с мощностями до 10 мегаватт, располагается на открытой, огороженной территории, которая конструкцией оборудования четко разграничена на две стороны:

высшего напряжения 110;

низшего - 10 кВ.

Сторона 110 кВ воздушной ЛЭП соединяется с другой подстанцией, которая имеет еще большие габариты и преобразовывает огромные энергетические потоки.

Размеры только вводной опоры единичной воздушной ЛЭП позволяют визуально оценить значительность потоков электроэнергии, пропускаемых через нее.

Приведенные фотографии свидетельствуют, что трансформаторные подстанции в энергетике перерабатывают энергию электричества различных напряжений и мощностей, монтируются разнообразными конструкциями, но имеют общие черты.

Состав оборудования трансформаторной подстанции

Условия работы

Каждая ПС создается под конкретные условия эксплуатации с расположением:

на открытом воздухе - открытые распределительные устройства (ОРУ);

внутри закрытых помещений - ЗРУ;

в металлических шкафах, встроенных в специальные комплекты - КРУ.

По типу конфигурации электрической сети трансформаторные ПС могут выполняться:

тупиковыми, когда они запитаны по одной либо двум радиально подключенным ЛЭП, которые не питают другие ПС;

ответвительными - присоединяются к одной (иногда двум), проходящим ЛЭП с помощью ответвлений. Проходящие линии питают другие подстанции;

проходными - подключены за счет захода ЛЭП с двухсторонним питанием методом «вреза»;

узловыми - присоединяются по принципу создания узла за счет не менее чем трех линий.

Конфигурация сети электроснабжения накладывает условия на рабочие характеристики подстанции, включая настройку защит для обеспечения безопасной работы.

Основные элементы ПС

В состав оборудования любой подстанции входят:

силовой трансформатор, который непосредственно осуществляет преобразование электроэнергии для ее дальнейшего распределения;

шины, обеспечивающие подвод приходящего напряжения и отвод нагрузок;

силовые коммутационные аппараты с тоководами, позволяющие перераспределять электроэнергию;

системы защит, автоматики, управления, сигнализации, измерения;

вводные и вспомогательные устройства.

Силовой трансформатор

Он является основным преобразующим элементом электроэнергии и выполняется трехфазным исполнением. В его конструкцию входят:

корпус, выполненный в форме герметичного бака, заполненного маслом;

шихтованный магнитопровод;

обмотки стороны низкого напряжения (НН);

обмотки вводов высокого напряжения (ВН);

масляная система;

переключатель регулировочных отводов у обмоток;

вспомогательные устройства и системы.

Более подробно устройство силового трансформатора и автотрансформатора изложено .

Шины подстанции

Чтобы трансформатор работал к нему надо подвести питающее и отвести преобразованное напряжение. Эта задача возложена на токоведущие части, которые называют шинами и ошиновкой. Они должны надежно передавать электрическую энергию, обладая минимальными .

Для этого их создают из материалов с улучшенными токопроводящими свойствами и повышенным поперечным сечением. В зависимости от размеров ПС шины могут располагаться на открытом воздухе или внутри закрытого сооружения.

Шины и ошиновка электрически разделяются между собой положением силового выключателя. Причем ошиновка без каких-либо коммутационных аппаратов напрямую подключена к вводам трансформатора. Ее конструкция не должна создавать механических напряжений в фарфоровых и всех остальных деталях вводов.

Для ошиновки используют кабели или пластины, которые монтируют на медные шпильки трансформаторных вводов через наконечники или переходники.

У подстанций, защищенных от воздействия атмосферных осадков, шины обычно делают цельными алюминиевыми или реже медными полосами. На открытом воздухе для них чаще используют многожильные не закрытые слоем изоляции провода повышенного сечения и прочности.

Однако, в последнее время наметился переход на системы шин, устанавливаемые жестко. Это позволяет экономить площадь на ОРУ, металл токоведущих частей и бетон.

Такие конструкции применяются на новых строящихся подстанциях. За их основы взяты образцы, успешно работающие несколько десятилетий в странах Запада на оборудовании 110, 330 и 500 кВ.

Для расположения шин применяется определенная конфигурация, которая может использовать:

системы;

секции.

Под термином «система шин» подразумевается комплект силовых элементов, подключающих все присоединения на распределительном устройстве. На подстанциях с двумя трансформаторами одного напряжения создаются две системы шин, каждая из которых питается от своего источника.

Протяженная система шин при большом количестве присоединений может разделяться на отдельные участки, которые называются секциями.

Силовые коммутационные аппараты

Трансформаторные подстанции при эксплуатации необходимо подключать под напряжение или выводить из работы для профилактического обслуживания или в случае возникновения аварийных ситуаций и неисправностей. С этой целью используются коммутационные аппараты, которые создаются различными конструкциями и могут:

1. отключать аварийные токи максимально возможных величин;

2. коммутировать только рабочие нагрузки;

3. обеспечивать разрыв видимого участка электрической схемы за счет переключения только при снятом с оборудования напряжении.

Коммутационные аппараты, способные отключать аварийные ситуации, работают в автоматическом режиме и называются «автоматическими выключателями». Они создаются с различными возможностями коммутации нагрузок за счет конструктивных особенностей.

По принципу использования запасенной энергии, заложенной в работу исполнительного механизма, их подразделяют на:

пружинные;

грузовые;

давления;

электромагнитные.

По способам гашения электрической дуги, возникающей при отключениях, они классифицируются на:

воздушные;

элегазовые;

вакуумные;

масляные;

автогазовые;

электромагнитные;

автопневматические.

Для управления исключительно рабочими режимами, характеризующимися только номинальными параметрами сети, создаются «выключатели нагрузки». Мощность их контактной системы и скорость работы позволяют успешно переключаться при обычном состоянии схемы. Но, ими нельзя оперировать для ликвидации коротких замыканий.

При разрыве электрической цепи под нагрузкой создается электрическая дуга, которая ликвидируется конструкцией выключателя. В обесточенной схеме для отделения определенного участка от напряжения используют более простые устройства:

1. разъединители;

2. отделители.

Взаимное расположение коммутационных аппаратов и шин

Любая трансформаторная подстанция создается по определенной электрической схеме, предполагающей обеспечение надежной работы, простоты управления в сочетании с минимумом затрат на ввод и эксплуатацию. С этой целью к трансформаторному устройству разными способами подключаются отходящие ЛЭП.

Наиболее простая схема предполагает подключение к ТП посредством силового выключателя Q одной секции шин, от которой отходят все присоединения. Для обеспечения условий безопасного ремонта оборудования выключатели со всех сторон отделяются разъединителями.

Если на ПС много присоединений, когда в схеме используются 2 силовых трансформатора, то может применяться секционирование за счет использования дополнительного выключателя, который постоянно находится в работе, а при возникновении неисправности на одной из секций разрывает цепь, оставляя в работе ту секцию, где нет поломки.

Использование в такой схеме обходной системы шин, образованной за счет подключения дополнительных выключателей и небольшой корректировки электрических цепей, позволяет переводить любое присоединение на питание от обходного выключателя, безопасно выполнять ремонт и обслуживание собственного.

Большими удобствами обслуживания и повышенной надежностью обладают распределительные устройства, собранные на основе двух рабочих систем шин с обходной, когда они дополнительно разделены на секции.

В исходном состоянии все отход ящие ЛЭП получают электроэнергию от обоих трансформаторов. Для этого шинные и секционные выключатели питают секции шин, а присоединения равномерно распределены по ним через свои коммутационные устройства.

Обходная СШ каждой секции вводится под напряжение только для случая перевода через нее питания присоединения, выключатель которого выведен в ремонт.

При возникновении короткого замыкания на одной из секций она отключается защитами со всех сторон, а все остальные с подключенными к ним ЛЭП остаются в работе. За счет такой схемы при КЗ на ОРУ обесточивается минимальное количество потребителей от всех работающих.

Приведенные схемы показаны для примера. Их существует большое разнообразие, которое позволяет наиболее оптимально эксплуатировать оборудование трансформаторной подстанции.

Защиты, автоматика, системы управления

Работа оборудования трансформаторной подстанции происходит в автоматическом режиме под дистанционным наблюдением оперативного персонала. Чтобы предотвратить серьезные повреждения внутри сложной дорогостоящей системы применяются автоматические защитные устройства.

Они имеют чувствительные датчики, которые воспринимают начало возникновения аварийных процессов и, обрабатывая полученную информацию, передают ее на защиты.

Такими датчиками могут работать механические приборы, реагирующие на:

повышение температуры;

возникновение вспышки света;

резкое возрастание давления внутри закрытой ячейки;

образование дыма;

начало газообразования внутри жидкостей или другие признаки.

Однако, основная нагрузка по определению начала аварийных режимов возложена на электрические устройства - измерительные и .

Они с высокой точностью моделируют электрические процессы, происходящие в первичной схеме силового оборудования и передают их в органы сравнения, которые определяют момент возникновения неисправностей.

Полученный сигнал от них воспринимают логические блоки, обрабатывающие поступившую информацию для передачи исполнительной команды на отключающие устройства конкретных автоматических выключателей.

У малогабаритных трансформаторных подстанций, размещенных внутри крытых сооружениях, защиты могут располагаться в отдельной ячейке или шкафу.

На подстанциях, преобразующих напряжение 110 кВ и выше, для размещения релейных вторичных цепей требуется отдельное здание с большим количеством панелей. На них монтируют системы управления, автоматики и защиты:

каждого трансформатора;

ошиновки;

шин;

отходящих линий;

пожаротушения.

К этим устройствам подключаются системы сигнализации, работающие в местном и дистанционном режиме для передачи оперативному персоналу достоверных сведений о происходящих коммутациях в электрической сети. Наиболее важная информация о положении ответственных элементов оборудования передаются по каналам телесигнализации.

Используемые многие десятилетия релейные защиты постепенно вытесняются микропроцессорными малогабаритными модулями, облегчающими эксплуатацию.

Однако, их массовое использование сдерживается высокой стоимостью и отсутствием точных международных стандартов для всех производителей. Ведь при поломке отдельного специфичного блока пользователю приходится обращаться к конкретному заводу для замены возникшей неисправности.

Определение параметров электропотребления на разных уровнях систем электроснабжения, выбор источников питания, разработка схемы электроснабжения, выбор , количества и места расположения подстанций 5УР и 4УР дают возможность скомпоновать каждое подстанционное ОРУ (открытое распределительное устройство), когда все или основное оборудование РУ расположено на открытом воздухе, и ЗРУ (закрытое распределительное устройство), оборудование которого расположено в здании.

Требования к компоновке ОРУ или ЗРУ

Существуют некоторые общие требования, определяющие компоновку ОРУ или ЗРУ (установку каждого изделия и конструкцию сооружения) и регламентируемые ПУЭ . Электрооборудование, токоведущие части, изоляторы, крепления, ограждения, несущие конструкции, изоляционные и другие расстояния должны выбираться и устанавливаться таким образом, чтобы:

вызываемые нормальными условиями работы электроустановки усилия, нагрев, электрическая дуга или другие сопутствующие ее работе явления (искрение, выброс газов и т.п.) не могли привести к повреждению оборудования и возникновению или замыкания на землю, а также причинить вред обслуживающему персоналу;
при нарушении нормальных условий работы электроустановки обеспечивалась необходимая локализация повреждений, обусловленных действием КЗ;
при снятом напряжении с какойлибо цепи относящиеся к ней аппараты, токоведущие части и конструкции подвергались безопасному осмотру, замене и ремонтам без нарушения нормальной работы соседних цепей;
обеспечивалась возможность удобного транспортирования оборудования.

Во всех цепях РУ должна предусматриваться установка разъединяющих устройств с видимым разрывом, обеспечивающих возможность отсоединения всех аппаратов (выключателей, отделителей, предохранителей, трансформаторов тока, трансформаторов и т.п.), каждой цепи от сборных шин, а также от других источников напряжения.

Указанное требование не распространяется на шкафы КРУ и К РУН с выкатными тележками, высокочастотные заградители и конденсаторы связи, трансформаторы напряжения, устанавливаемые на отходящих линиях, разрядники, устанавливаемые на выводах трансформаторов и на отходящих линиях, а также на с кабельными вводами.

Для территории ОРУ и подстанций, на которых в нормальных условиях эксплуатации из аппаратной маслохозяйства, со складов масла, из машинных помещений, а также из трансформаторов и выключателей при ремонтных и других работах могут иметь место утечки масла, должны предусматриваться устройства для его сбора и удаления в целях исключения возможности попадания масла в водоемы.

Подстанции 35-110 кВ должны преимущественно проектироваться комплектными, заводского изготовления, блочной конструкции. Распределительные устройства 35 - 750 кВ рекомендуется выполнять открытого типа (рис. 3,12). Распределительные устройства 6-10 кВ могут выполняться в виде комплектных шкафов наружной установки. Распределительные устройства 6 -10 кВ закрытого типа должны применяться: в районах, где по климатическим условиям не могут быть применены КРУН; в районах с загрязненной атмосферой и районах со снежными и пыльными бурями; при числе шкафов более 25; при наличии техникоэкономического обоснования (по требованиям заказчика).

На подстанциях 35 - 330 кВ с упрощенными схемами на стороне высшего с минимальным количеством аппаратуры, размещаемых в районах с загрязненной атмосферой, рекомендуется открытая установка оборудования высокого и трансформаторов с усиленной внешней изоляцией.

Применение ЗРУ

Закрытые распределительные устройства 35 - 220 к В применяются в районах: с загрязненной атмосферой, где применение открытых распределительных устройств с усиленной изоляцией или аппаратурой следующего класса (с учетом ее обмыва) неэффективно, а удаление подстанции от источника загрязнения экономически нецелесообразно, как и требование об установке специального оборудования; со стесненной городской и промышленной застройкой; с сильными снегозаносами и снегопадом, а также в суровых климатических условиях при соответствующем техникоэкономическом обосновании. Здание ЗРУ не должно иметь окон; оно может быть как отдельно стоящим, так и сблокированным со зданиями общеподстанционных пунктов управления, в том числе и по вертикали.

В условиях интенсивного загрязнения в блочных схемах трансформатор-линия рекомендуется применять трансформаторы со специальными кабельными вводами на стороне 110 - 220 кВ и шинными выводами в закрытых коробах на стороне 6-10 кВ.

Закрытая установка трансформаторов 35 - 220 кВ применяется в случаях, если усиление изоляции не дает должного эффекта; в атмосфере содержатся вещества, вызывающие коррозию, а применение средств защиты нерационально, а также при необходимости снижения уровня шума у границ жилой застройки.

В закрытых распределительных устройствах 6-10 кВ должны устанавливаться шкафы КРУ заводского изготовления. Шкафы КРУ, конструкция которых предусматривает обслуживание их с одной стороны, устанавливаются вплотную к стене, без прохода с задней стороны. Ширина коридора обслуживания должна обеспечивать передвижение тележек КРУ; для их хранения и ремонта в закрытых распределительных устройствах должно предусматриваться специальное место.

Компоновка и конструкция ОРУ

Компоновка и конструкция ОРУ разрабатываются для принятых номинального напряжения, схемы электрических соединений, количества присоединяемых линий, трансформаторов и автотрансформаторов, выбранных параметров и типов высоковольтной коммутационной и измерительной аппаратуры (выключатели, разъединители, трансформаторы тока и напряжения) и ошиновки. При этом должны быть учтены местные условия размещения площадки, отведенной для проектируемого ОРУ: рельеф, грунты, размеры площадки, направления линий (коридоры для ввода и вывода линий), примыкание железнодорожных путей и автомобильных дорог. Должны быть также учтены местные климатические условия.

Собственно ОРУ может быть выполнено широким, но коротким или узким, но длинным; ОРУ может быть выполнено с гибкой, жесткой и смешанной (и гибкой, и жесткой) ошиновкой, что отразится на конструкциях для установки (подвески) этой ошиновки и на размерах этих конструкций - пролетах порталов, высоте колонн, их количестве и массе, количестве опорных и подвесных изоляторов.

Каждое из решений имеет свои достоинства и недостатки; задача проектировщика заключается в том, чтобы выбрать для данных местных условий наиболее целесообразное решение, обеспечивающее надежность, удобные условия для эксплуатации и экономичность по сравнению с другими вариантами.

Применение РУ 6-10кВ

Распределительные устройства 6-10 кВ выполняются с однорядным или двухрядным расположением ячеек. В целях наибольшего приближения к электроприемникам рекомендуется применять внутренние, встроенные в здания или пристроенные к ним подстанции и трансформаторные подстанции ЗУР, питающие отдельные цеха или их отделения и участки. Такое размещение позволяет сократить расстояния между цехами, уменьшить размеры проездов и подъездов и, следовательно, получить экономию территории и затрат на подземные и надземные технологические, электрические и транспортные внутризаводские коммуникации.

При недопустимости или затруднительности размещения подстанций внутри цеха, а также в цехах небольшой ширины (одно, двух, а иногда и трехпролетных) или при питании части нагрузок, расположенных за пределами цеха, применяются подстанции, встроенные в цех либо пристроенные к нему. Встроенные и пристроенные подстанции обычно располагаются вдоль одной из длинных сторон цеха, желательно ближайшей к источнику питания, или (при небольшой ширине цеха) в шахматном порядке, вдоль двух его сторон. Рекомендуются встроенные подстанции, более удобные с точки зрения построения генплана и архитектурного оформления цеха, чем пристроенные.

Распределительные пункты, в том числе крупные, тоже рекомендуется пристраивать к производственным зданиям или встраивать в них и совмещать с ближайшими трансформаторными подстанциями во всех случаях, когда это не вызывает значительного смещения последних от центра их нагрузок.

Если распределительные подстанции служат для приема электроэнергии от энергоснабжающей организации, т.е. играют роль центральной распределительной подстанции, то следует предусматривать выделение камер вводов и транзитных линий, с тем чтобы они были недоступными для обслуживающего электротехнического персонала предприятия.

Внутренние цеховые подстанции, в которых доступ ко всему электрооборудованию осуществляется из цеха, целесообразны главным образом в многопролетных цехах большой ширины, когда это не мешает размещению технологического оборудования. При применении упрощенных схем коммутации цеховых подстанций ЗУР их оборудование состоит из трансформатора с вводом высокого и щита вторичного напряжения.

Отдельно стоящие цеховые подстанции применяются редко, например при питании от одной подстанции нескольких цехов, невозможности размещения подстанций внутри цехов или у наружных их стен по соображениям производственного или архитектурного характера, наличии в цехах пожаро или взрывоопасных производств.